Tradisjonelle energibrønner går ikke i grunn med kvikkleire. Ny studentby på Nardo i Trondheim får varme fra grunnfjellet, med energibrønner isolert mot leiren. Båsum Boring AS har vært med på test av flere typer isolasjon. Her forteller prosjektleder Hilde Anita Grandetrø om det.
I utfordrende grunnforhold med kvikkleire kan tradisjonelle energibrønner ikke etableres på grunn av områdestabilitet og fare for setninger..
En ny studentby i Trondheim skal etableres på Nardo. Her ønsker byggherre Studentsamskipnaden i Gjøvik, Ålesund og Trondheim å hente ut varme fra grunnfjellet i et kvikkleireområde i Nardovegen.
Dette er et ledd i arbeidet med å lage fremtidsrettede og bærekraftige energiløsninger for studentbyen.
Testboring og isolasjon av brønn
Vi i Båsum Boring AS har oppdraget med boring i prosjektet, inkludert testboring og undersøkelse av ulike isolasjonsmetoder for å hindre oppvarming og nedkjøling av leire og løsmasser i bakken.
Denne utprøvingen kan få stor betydning for adgangen til å bruke slike miljøvennlige løsninger, også andre steder i Trondheim og landet ellers med lignende grunnforhold.
Studentby på Nardo
Den nye studentbyen i Trondheim skal etableres i Nardovegen 12-14. Energibrønnene etableres i fjell, men med mye sand og leire over fjellet. Det må derfor bores fóringsrør for energibrønnene gjennom disse massene. Med eksisterende teknologi for energibrønner vil løsmassene avkjøles og varmes. Det kan føre til endring i grunnen, og er uheldig i områder med kvikkleire.
– Dette kan være kritisk i områder med kvikkleire, der en temperaturendring i verste fall kan føre til at leira blir ustabil. Samtidig ligger mange sentrale tomter i Trondheim på kvikkleire. Det er absolutt et behov for å undersøke muligheten for etablering av energibrønner også på disse stedene, sier geotekniker Åge Dyb Hagerup i Multiconsult i en artikkel om prosjektet hos SSTT.
Les også: PE-rør i setninger og jordskjelv
Isolasjon gir jevnere temperatur
Det er gjennomført testboring av en brønn, og ulike isolasjonsmetoder er gjennomført. Målet var å prøve ut forskjellige isolasjonsteknikker som skal redusere temperaturendringen i leira.
– Flere av løsningene som kan benyttes er ikke utført tidligere, og det har vært mange diskusjoner mellom entreprenør og konsulent i forkant, forteller Randi Kalskin Ramstad i den samme artikkelen.
Hun er rådgiver grunnvarme hos Asplan Viak.
Les også: Isfri fotballbane med energibrønner i geotermos
– Uten aktører som Sit, som tar denne type utfordring med den kostnad og risiko det har, får vi ikke fram nye fremtidsrettet energiløsninger. Det er derfor all grunn til å gi Sit honnør for dette initiativet. Dialogen har vært god og vi har kommet fram til løsninger vi har god tro på, og som i tillegg lar seg gjennomføre i praksis, legger Ramstad til.
Testarbeidet ble utført av grunnvarmeeksperter i Asplan Viak, som også har involvert master- og PhD-studenter fra NTNU i gjennomføring og analyse av resultatene.
Energibrønner i kvikkleire
Nå foreligger en omfattende rapport fra testboringen. Her har Enova bidratt med midler til utredningsarbeidet. Asplan Viak har med denne utredningen som underlag gjennomført testene av isolasjonsevne, mens Multiconsult er geoteknisk konsulent.
Båsum boring AS utførte boringen av testbrønnen og monteringen av isolasjonsløsningene. Utredningsarbeidet har derfor også omfattet testboring med testing av to ulike isolasjonsløsninger av energibrønnens løsmassedel mot leirmassene.
- Isolert ytre rør (fjernvarmerør montert vertikalt i energibrønnen)
- Isolert kollektorslange
Løsningene har blitt utført og testet samtidig med gjennomføringen av en termisk responstest. Isolasjonsevnen er dokumentert med bruk av avanserte temperaturmålinger med fiberoptisk kabel.
Innovasjon, utvikling, design og prosjektering av de to isolasjonsløsningene har vært et samarbeid mellom Asplan Viak, som har stått for faglig ledelse og koordinering, Multiconsult har bidratt med sin ekspertise innen geoteknikk, mens vi i Båsum Boring AS har stått for selve boringen.
Mouvitech AS ble valgt som leverandør av kollektor. Sit tok initiativ til testboringene som et supplement til en Enova-støttet konseptutredning. Data fra testene vil inngå i flere master- og PhD-prosjekter ved NTNU, institutt for geovitenskap og petroleum og bygg og miljøteknikk.
Resultater og anbefalinger
Isolasjonsløsningen for energibrønner med isolert ytre rør mot leire var vellykket. Det ble ikke registrert temperaturøkning utenfor isolasjonen ved kontinuerlig tilførsel av ca. 11 kW varme i tre døgn til brønnen.
Temperaturen i kollektoren og grunnvannet i brønnen var opp mot 15-16 °C. Derfor anbefales det å gå videre med denne løsningen i Nardovegen 12-14.
Isolering mot leire med bruk av fjernvarmerør kan brukes for trygg etablering av energibrønner i andre områder med kvikkleire.
Et annet bruksområde vil være å unngå tining av permafrost ved etablering av energibrønner i områder med permafrost. For eksempel i Longyearbyen på Svalbard, der Båsum Boring har vært engasjert i flere omganger.
Isolasjonsevne og responstest
Isolasjonsevnen til isolert kollektor (Ø50 utenpå Ø40 mm) ble ikke dokumentert på grunn av testens utforming. Det anbefales derfor å teste løsningen med isolert kollektor videre i andre prosjekter. Termisk responstest viser at de termiske egenskapene til berggrunnen er som forventet og godt egnet for å etablere en brønnpark, heter det i rapporten.
Foreløpig dimensjonering med programvaren Earth Energy Designer (EED) viser at det estimerte varmebehovet på ca. 1 GWh/år kan dekkes av 20 brønner á 350 meter dybde eller 13 brønner á 500 meter dybde.
Det er også regnet på en brønnpark som dekker 80 prosent av varmebehovet med 11 brønner á 500 meter dybde. Varmebehovet er estimert med utgangspunkt i erfaringsdata fra studentbyen på Moholt 50 | 50.
– Beregningene er kun foreløpige og må ikke brukes som endelig dimensjonering, heter det i rapporten.
500 meter dype energibrønner
Det anbefales å gå videre med isolert ytre rør mot leire, og energibrønner som er ca. 500-550 meter dype. Denne løsningen er minst arealkrevende, og ekstrakostnader til isolering mot leire eller kvikkleire blir lavest mulig.
Kostnader til rør, grøft og samlekum blir lavest med færrest mulig brønner. Kostnader for et varmepumpeanlegg med en varmepumpe på ca. 230 kW er ca. 1,35 millioner kroner.
Forventet nedbetalingstid på grunnvarmeanlegget er ca. 5-10 år, avhengig av prisen på alternativ varmeleveranse med fjernvarme eller strøm.
Vurderingene knyttet til sesongvarmelager er at det blir for kostbart med tanke på relativt høye enhetskostnader per brønn for isolering mot leire, og behov for mange relativt korte brønner.
Videre er temperaturnivået på tappevann for høyt til at det kan leveres direkte fra et sesongvarmelager av denne størrelsen.
Veien videre
For prosjektering av brønnpark trengs det et detaljert energibudsjett, med blant annet erfaringstall fra Moholt 50 | 50, samt å inkludere eventuelle andre varme- og kjøleformål.
På et generelt og overordnet nivå anbefaler Asplan Viak at det jobbes videre med problematikken knyttet til temperaturendringer i leire og kvikkleire, og hvordan dette kan håndteres på en trygg og kostnadseffektiv måte ved etablering og drift av energibrønner.
Foreslåtte aktiviteter omfatter både forskning og utvikling.
Det er viktig å forstå hvordan temperaturendringer i kvikkleire og leire påvirker styrken og stabiliteten. Dette inkluderer også oppvarming av leire og kvikkleire til opp mot 90°C.
Asplan Viak er tydelig på at det er viktig å videreutvikle metoder for å omgå problemet, og videreutvikle og kostnadsoptimalisere teknologien utviklet for Nardovegen 12-14 med isolering mot kvikkleire.
I et videre forskningsarbeid kan man tilegne seg kunnskap for å forstå leirens stabilitet ved nedkjøling / fryse- tineprosesser.
Varmepumpe og geoenergi
En bergvarmepumpe fungerer etter samme prinsipp som et kjøleskap. Målet er å flytte varme fra skapet til luften rundt skapet.
Varmepumpen overfører varme fra berggrunnen til bygningen, der varmen brukes til oppvarming av tappevann og til vannbårne varmesystemer.
Daglig leder Dag Espen Båsum og prosjektleder Hilde Anita Grandetrø i Båsum Boring AS.
Båsum Boring AS – 70 år med boring
Båsum Boring AS er 70 år i år, og er en av landets fremste og mest erfarne entreprenører innen brønn- og spesialboring. Narve Båsum startet i 1952 med boring etter vann med en linstøt boremaskin som hadde en kapasitet på inntil seks meter pr dag. Fortsatt er boring av vannforsyning en viktig del av virksomheten, men og selskapet har dessuten bygget opp kunnskap og erfaring innen en rekke typer brønn- og spesialboring:
- Vannbrønner og vannforsyning
- Energiboring og energilagring i fjell
- Termisk responstest og energiberegning
- Fundamentering, stålkjernepæler og Mofixfundamenter
- Gjennomboring og mikrotunnelling for NoDig VA-ledninger
- Utblokking, rehabilitering og fornying av rør uten graving (NoDig)
- Montasje av komplette energianlegg og røranlegg med kjølevæske frem til teknisk rom
